技術(shù)：SCADA自動(dòng)化軟件平臺(tái)綜述

　　1.1 市場(chǎng)概述

　　SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。以遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控為主要功能的SCADA系統(tǒng)和DCS、PLC一樣，是工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化和信息化不可或缺的基本系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)從70年代誕生，從基于專用計(jì)算機(jī)和專用操作系統(tǒng)到基于通用計(jì)算機(jī)、分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍聯(lián)網(wǎng)，SCADA系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展為第三代以上。

　　SCADA系統(tǒng)呈現(xiàn)出向開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)，在20世紀(jì)90年代中期，SCADA制造商與解決方案提供商越來(lái)越多地選擇了開(kāi)放的通信協(xié)議，如 IEC60870—5—101/104、IEC61850、DNP3串行和DNP3 LAN/WAN，這使得用戶在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)時(shí)，可以更方便地從各種廠商的產(chǎn)品中加以選擇，來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的“混合匹配”。

　　到了20世紀(jì)90年代后期，各個(gè)I/O制造商繼續(xù)向著開(kāi)放性的方向發(fā)展，更多偏向于采用像MODBUSRTU/ASCII那樣開(kāi)放的消息結(jié)構(gòu)。2000年以后，隨著以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用被普遍接受，大多數(shù)SCADA市場(chǎng)仍然接受了以太網(wǎng)技術(shù)。“軟件即是服務(wù)”理念也廣泛深入到SCADA各個(gè)領(lǐng)域。

　　由于 SCADA系統(tǒng)三代的演進(jìn)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)日益滲透到第三代SCADA系統(tǒng)，我們明顯地發(fā)現(xiàn)ICT通信系統(tǒng)的迅猛發(fā)展極大地影響著SCADA的體系結(jié)構(gòu)，不但過(guò)去是這樣，今后還是這樣。SCADA系統(tǒng)已經(jīng)擴(kuò)展到對(duì)移動(dòng)的過(guò)程、裝置和流程的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)無(wú)時(shí)不有、無(wú)處不在的SCADA。

　　力控eForceCon SCADA系統(tǒng)調(diào)度平臺(tái)軟件V5.0的用途涵蓋從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站到調(diào)度中心，為企業(yè)提供從下到上的完整的生產(chǎn)信息采集與集成服務(wù)，從而為企業(yè)綜合自動(dòng)化、工廠數(shù)字化及完整的“管控一體化”的解決方案提供支撐平臺(tái)。

　　1.2 SCADA應(yīng)用及功能

　　在實(shí)際應(yīng)用中，SCADA比DCS、PLC的應(yīng)用范圍更廣泛。它的應(yīng)用一般分為三大類：第一類是工業(yè)過(guò)程，包括加工制造、生產(chǎn)、發(fā)電、裝配和煉油、石化等；依照其被加工的介質(zhì)流程分為連續(xù)、批處理和離散。第二類是基礎(chǔ)設(shè)施，包括自來(lái)水廠和供水管網(wǎng)、廢水和污水管網(wǎng)和污水處理、輸油/輸氣管線、輸電和供電、大型通信系統(tǒng)及城市報(bào)警系統(tǒng)等。第三類是公共設(shè)施，包括對(duì)中大型建筑物、機(jī)場(chǎng)、碼頭及地鐵等的空調(diào)監(jiān)控、能源管理和安保監(jiān)控等。

　　SCADA系統(tǒng)可以廣泛的應(yīng)用于油田，天然氣，水利，能源管理、市政、煙草，煤礦等行業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度中心、能源管控中心、遠(yuǎn)程維護(hù)中心、企業(yè)數(shù)據(jù)中心的部署與建設(shè)。

　　在應(yīng)用了SCADA系統(tǒng)后，可以取得了以下社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益：

　　極大地提高了生產(chǎn)和運(yùn)行管理的安全性能和可靠程度；

　　生產(chǎn)配方管理的自動(dòng)化可大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的效率；

　　極大地減低了生產(chǎn)人員面臨惡劣工作環(huán)境的可能性，保證了工作過(guò)程中第一位的人員的安全性；

　　可大大地減少不必要的人工浪費(fèi)；

　　通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程的集中控制和管理，極大地提高企業(yè)作為一個(gè)整體效率的競(jìng)爭(zhēng)能力；

　　系統(tǒng)通過(guò)對(duì)設(shè)備生產(chǎn)趨勢(shì)的保留和處理，可提高預(yù)測(cè)突發(fā)事件的能力，在緊急情況下的快速反應(yīng)和處理能力可極大地減少生命和財(cái)產(chǎn)的損失，從而可帶來(lái)潛在的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益；

　　力控eForceCon SCADA系統(tǒng)調(diào)度平臺(tái)軟件V5.0在調(diào)度控制中心和區(qū)域控制站通過(guò)SCADA系統(tǒng)可完成對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控和運(yùn)行管理，各工藝站場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)無(wú)人職守。

　　主要功能如下

　　調(diào)度控制中心

　　調(diào)度控制中心的主要任務(wù)是通過(guò)各站控系統(tǒng)或RTU對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控，同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的在線模擬、運(yùn)行計(jì)劃、危險(xiǎn)源及定位、運(yùn)行優(yōu)化、計(jì)量管理、模擬培訓(xùn)等任務(wù)。調(diào)度控制中心的操作人員通過(guò)SCADA系統(tǒng)操作員工作站所提供/顯示的管網(wǎng)系統(tǒng)工藝過(guò)程的壓力、溫度、流量、密度、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息，完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的操作和管理。其主要功能如下：

　　數(shù)據(jù)采集和處理；工藝流程的動(dòng)態(tài)顯示；報(bào)警顯示、管理以及事件的查詢、打印；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、歸檔、管理以及趨勢(shì)圖顯示；歷史數(shù)據(jù)的歸檔、管理以及趨勢(shì)圖顯示；生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表的生成和打印；用戶信息管理；下達(dá)調(diào)度和操作命令；危險(xiǎn)源定位；系統(tǒng)事故處理，發(fā)出ESD命令；安全保護(hù)；控制權(quán)限的確定；對(duì)全系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)鐘同步；SCADA系統(tǒng)診斷；自控設(shè)備、儀表的故障診斷和分析；網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視及管理；通信信道監(jiān)視及管理；數(shù)據(jù)通信信道故障時(shí)主備信道的切換；為信息化系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)；與企業(yè)自動(dòng)化管理系統(tǒng)平臺(tái)連接、進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；與上級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信等。

　　后備控制中心

　　為保證在意外事件發(fā)生時(shí)，仍能實(shí)時(shí)地對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行調(diào)度管理，保持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)的功能。后備控制中心的作用是在調(diào)度控制中心由于任何原因不能對(duì)系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)控時(shí)，后備控制中心將接管系統(tǒng)控制權(quán)。

　　主、備調(diào)度控制中心之間切換

　　在正常情況下，各工藝站場(chǎng)與主調(diào)度控制中心交換信息。調(diào)度控制中心與后備控制中心通過(guò)電信公網(wǎng)的DDN專線（主信道）和無(wú)線通訊（備用信道）進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，保證數(shù)據(jù)同步。后備控制中心隨時(shí)監(jiān)視和跟蹤調(diào)度控制中心的運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)調(diào)度控制中心異常，立即自動(dòng)或人工手動(dòng)啟動(dòng)門站的后備控制中心接管監(jiān)控權(quán)。另外，調(diào)度控制中心也可向通信網(wǎng)管中心提出請(qǐng)求，將各工藝站場(chǎng)SCS與RTU的通信切換到后備控制中心。調(diào)度控制中心恢復(fù)正常后，它首先完成與后備控制中心的數(shù)據(jù)同步，然后恢復(fù)對(duì)管網(wǎng)的監(jiān)控權(quán)。

　　1.3 市場(chǎng)分析及預(yù)測(cè)

　　由于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)CADA的要求不同，所以不同應(yīng)用領(lǐng)域的SCADA系統(tǒng)發(fā)展也不完全相同。

　　國(guó)家的重點(diǎn)大型項(xiàng)目的水利及市政項(xiàng)目中如南水北調(diào)干線、多個(gè)軌道交通SCADA上都是也以國(guó)外產(chǎn)品為主，市政行業(yè)的SCADA早期的調(diào)度市場(chǎng)主要的集成商有安控、清華紫光、清華同方等，他們?cè)陧?xiàng)目集成中選用的SCADA平臺(tái)產(chǎn)品也主要低端組態(tài)軟件為主，隨著兩化融合趨勢(shì)的發(fā)展，對(duì)大型SCADA調(diào)度軟件平臺(tái)提出更高的要求。

　　以西氣東輸和川氣東送的上游油氣管線領(lǐng)域的SCADA設(shè)備以進(jìn)口品牌為主，各大城市燃?xì)夤居捎谄髽I(yè)擴(kuò)張及管控的需要，對(duì)SCADA平臺(tái)提出了更高的要求，自2007年公開(kāi)資料就開(kāi)始認(rèn)為中國(guó)SCADA整體市場(chǎng)增長(zhǎng)率約為10-15%。其中市政和配網(wǎng)自動(dòng)化可能成為SCADA增長(zhǎng)最快的行業(yè)領(lǐng)域。

　　電力系統(tǒng)中的SCADA系統(tǒng)應(yīng)用相對(duì)最為廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟。以RTU、微機(jī)保護(hù)裝置為核心，將變電所的控制、信號(hào)、測(cè)量、計(jì)費(fèi)等回路納入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，變電所的綜合自動(dòng)化已經(jīng)在我國(guó)得到大規(guī)模應(yīng)用。電力系統(tǒng)中該領(lǐng)域的主要供應(yīng)商有南瑞集團(tuán)、北京四方、國(guó)電南自、許繼電氣等，開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品也特定的用在電力領(lǐng)域，其中220kV及以上的調(diào)度系統(tǒng)，由于技術(shù)門檻較高，目前只有南瑞科技、南瑞繼保、北京四方、國(guó)電南自、許繼電氣等少數(shù)幾家國(guó)內(nèi)供應(yīng)商可以提供相應(yīng)產(chǎn)品。

　　隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入到城市軌道交通的大發(fā)展時(shí)期，2015年我國(guó)已建成地鐵接近3000公里，2020年總里程將達(dá)6200公里。城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)作為通用SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）系統(tǒng)在城市軌道交通行業(yè)的具體應(yīng)用，綜合監(jiān)控系統(tǒng)用系統(tǒng)化方法將各分散的自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)結(jié)為一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)軌道交通各專業(yè)系統(tǒng)之間的信息互通、資源共享，也廣泛的帶動(dòng)了SCADA綜合調(diào)度市場(chǎng)。

　　基于windows平臺(tái)的國(guó)外中高端的SCADA產(chǎn)品主要是施耐德的wonderware，GE公司的proficy，HoneyWell的PKS系統(tǒng)等?；诳缙脚_(tái)的中高端的國(guó)外產(chǎn)品主要是施耐德的telvent與西門子公司的PVSS等。國(guó)內(nèi)工業(yè)通用中大型SCADA平臺(tái)主要是力控科技的eForceCon產(chǎn)品系列與亞控科技的 kingScada等。國(guó)外的各個(gè)廠家也紛紛推出一體化集成的解決方案來(lái)適配新一代調(diào)度監(jiān)控的要求，國(guó)內(nèi)SCADA平臺(tái)廠家中北京力控科技也逐步推出了基于統(tǒng)一架構(gòu)平臺(tái)的解決方案。相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)在城市燃?xì)?、油氣田、市政、水利得到了廣泛的應(yīng)用，隨著產(chǎn)品統(tǒng)一架構(gòu)不斷的提升也已逐步推廣到大型分布式 SCADA系統(tǒng)中的應(yīng)用。

　　一般工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品的壽命期都在五年左右，SCADA調(diào)度平臺(tái)軟件作為工業(yè)IT由于受到IT業(yè)的摩爾定律影響，升級(jí)及運(yùn)維的要求更高，使得產(chǎn)品版本迭代升級(jí)頻繁。SCADA調(diào)度平臺(tái)軟件有一個(gè)特點(diǎn)，穩(wěn)定性是第一重要指標(biāo)，而且采用新技術(shù)會(huì)比其他行業(yè)的軟件稍滯后一段時(shí)間。SCADA調(diào)度系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)壽命期與操作系統(tǒng)有很大的關(guān)系，如果操作系統(tǒng)沒(méi)有大的變化，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，本項(xiàng)目產(chǎn)品還可以通過(guò)升級(jí)換代而延長(zhǎng)其壽命期，因此，會(huì)有一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)壽命期。

　　1.4 新一代自動(dòng)化軟件平臺(tái)

　　隨著“兩化融合”信息化、工業(yè)化的深度融合，加快了智能工廠與智慧城市建設(shè)的速度。大型智慧工業(yè)企業(yè)和智慧城市園區(qū)都需要完成從數(shù)字化到智慧層的跨越，通過(guò)云計(jì)算平臺(tái)從信息共享上升到知識(shí)業(yè)務(wù)的高度共享和傳承，打破條塊分割，實(shí)現(xiàn)面向績(jī)效目標(biāo)的發(fā)展模式。基于分布式實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的工業(yè)軟件平臺(tái)的智能管控系統(tǒng)是建設(shè)智能工廠的一體化的生產(chǎn)指揮系統(tǒng)的動(dòng)力和引擎。在企業(yè)智能管控一體化的業(yè)務(wù)需求推動(dòng)下，工業(yè)自動(dòng)化軟件系統(tǒng)朝著智能化、分布式、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、平臺(tái)化、綜合管理等方向發(fā)展。

　　適配“兩化深度融合”的統(tǒng)一架構(gòu)平臺(tái)需要完成從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)安全等所有環(huán)節(jié)自頂向下進(jìn)行數(shù)據(jù)模型和業(yè)務(wù)模型的抽象，力控科技的ForceCon產(chǎn)品家族是以“分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)”為核心搭建力控家族“工業(yè)控制消息總線”，并支持集成面向服務(wù)（SOA）系統(tǒng)架構(gòu)的“信息服務(wù)總線”。

　　消息總線和服務(wù)總線提供可靠通用的信息交互機(jī)制和廣域服務(wù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)間的安全高效的數(shù)據(jù)通信和應(yīng)用集成。貫穿整個(gè)企業(yè)信息化業(yè)務(wù)，可以自由構(gòu)建不同規(guī)模的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)從底層工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制（小型場(chǎng)站系統(tǒng)、嵌入式 HMI）、到生產(chǎn)調(diào)度指揮管理（SCADA）及上層信息化管理（MES、ERP）的融合，也可以完全擁抱虛擬化云計(jì)算所帶來(lái)的可擴(kuò)展性，創(chuàng)建混合解決方案將數(shù)據(jù)推向云端的并保證其完整性，促進(jìn)企業(yè)信息化融合。

　　力控科技的統(tǒng)一架構(gòu)平臺(tái)組成的SCADA調(diào)度系統(tǒng)具有靈活的系統(tǒng)架構(gòu)，以分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為消息總線自由構(gòu)建不同規(guī)模的應(yīng)用，從單用戶的系統(tǒng)到服務(wù)器/客戶端、Web、冗余等混合應(yīng)用的大型系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)可由用戶自由設(shè)計(jì)。軟件具有高擴(kuò)展性，可便捷添加客戶機(jī)，不影響現(xiàn)有系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

　　力控科技的統(tǒng)一架構(gòu)平臺(tái)組成的SCADA調(diào)度系統(tǒng)以分布式區(qū)域?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)可以保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)精確輸出并完成可視化，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)限的分層結(jié)構(gòu)可使大型企業(yè)信息盡收眼底。力控SCADA系統(tǒng)調(diào)度平臺(tái)軟件具有靈活的系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)，可以自由構(gòu)建不同規(guī)模的應(yīng)用，滿足用戶對(duì)企業(yè)信息化的多樣性要求，用戶在此基礎(chǔ)上可以靈活的構(gòu)建適合企業(yè)應(yīng)用的解決方案。

　　力控科技的統(tǒng)一架構(gòu)平臺(tái)組成的SCADA調(diào)度系統(tǒng)支持獨(dú)立的歷史歸檔數(shù)據(jù)庫(kù)，可進(jìn)行海量歷史數(shù)據(jù)歸檔，方便歷史數(shù)據(jù)追憶。具備分布式的數(shù)據(jù)源管理模式，SCADA平臺(tái)軟件的可視化人機(jī)交互界面無(wú)需編程，直接通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)源的配置方式就能與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行信息交互，完成生產(chǎn)監(jiān)控、查詢、曲線分析等各項(xiàng)功能。

　　Web服務(wù)器經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單配置就可以將生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，實(shí)現(xiàn)在任何地方對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，滿足企業(yè)“兩化融合”的需要。